含額外電子的全金屬電子化物的結構和非線性光學性質

《含額外電子的全金屬電子化物的結構和非線性光學性質》是依託吉林大學，由李志儒擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：含額外電子的全金屬電子化物的結構和非線性光學性質
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李志儒
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

本項目首次提出全金屬電子化物的新概念。開創全金屬電子化物非線性光學性質研究的新領域，開展紅外，紫外非線性光學材料研究的新方向。在這些新穎的分子中，使用廣義金屬多面體高價負離子（原子有較強電負性），推出鹼金屬或鹼土金屬原子的價電子去形成額外電子的新策略，構建新穎的全金屬電子化物。研究諸多因素對分子結構和非線性光學性質和光學透明區等性質的影響，變化因素包括：金屬高價負離子的原子數，原子種類，形狀，負離子價數，及鹼金屬或鹼土金屬原子種類，數目，排布和取代效應，還要考慮分子的額外電子數，自旋效應等。從而，揭示分子結構-電子結構-非線性光學回響的關係，發展新的調控非線性光學性質和光學透明區等性質的方法。同時，發展電場調控的全金屬電子化物非線性光學開關研究的新方向。本項目提供全金屬電子化物的非線性光學材料和非線性光學開關的設計思想，並提供品優的候選物，為發展我國世界先進的非線性光學材料提供理論支持。

結題摘要

本項目提出了全金屬電子化物的新概念。發展了全金屬電子化物非線性光學（NLO）性質研究新領域。得到了系列全金屬電子化物的分子結構及電子結構與NLO性質之間的關係，為新的NLO分子及材料研究提供新的設計思想。對新的NLO分子及材料合成提供了優異的候選分子。對全金屬電子化物CuAg@Ca7M (M = Be, Mg and Ca) 研究發現，改變M的原子序數和位置是新的擴大第一超極化率的途徑，並且這樣的金屬籠進行多聚可強烈地擴大第一超極化率。對全金屬的多籠鏈狀電子化物分子[(Ni@Ge9) Ca3]n (n = 1−4)的研究，得到了增加全金屬籠子數目是提高NLO性質的新策略。使用全金屬籠M@E12與鹼土金屬Mg和Ca原子相互作用構建了全金屬電子化物體系Mg(M@E12)Ca(M = Ni, Pd,和Pt; E = Ge, Sn,和Pb)。研究發現全金屬籠E12 種類變化及被包含原子種類變化對擴大第一超極化率的效應：1.對於一個給定的中心原子來說，帶有Sn籠的全金屬電子化物具有更大的β_0^e值；2.對於一個給定的金屬籠來說，帶有Ni中心原子的全金屬電子化物具有更大的β_0^e值。兩種效應的組合使得全金屬電子化物分子籠Mg(Ni@Sn12)Ca展現出了最大的β_0^e值(17000 au)。特別是，這些全金屬電子化物是新型的深紫外和紅外NLO分子。此外也研究了超原子等體系的NLO分子並也發現新的結構-非線性光學性質的關係。 我們使用全金屬電子化物的新概念，又構造了電場調控的全金屬的電子化物NLO開關。設計了具有兩個額外電子定域在分子兩端的e−+M2+(Ni@Pb12)2−M2++e− (M= Be, Mg, and Ca)電子化物分子。一個小的外電場（8 × 10−4 au）驅動下，一個額外電子從分子一端轉移到另一端，導致電子結構的突變，即形成不尋常的額外電子對；同時物理性質突變，第一超極化率從零（非線性光學開關的關閉態）激增到 2.2X106 au（非線性光學開關的打開態）。這些全金屬的電子化物NLO開關具有快速，靈敏和可逆的特性並且是紅外工作區的優秀開關。鋰鹽等作為新的NLO開關也被研究了。在完成研究目標基礎上也開展了超原子化學，分子機器等領域的研究，並得到系列創新結果。 在2016-2019 年度發表了 26篇重要的已標識文章，圓滿完成項目計畫。